本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)，特別是一種電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

高功率激光系統(tǒng)采用先進(jìn)的多程放大技術(shù)獲取高能量提高效率，而大口徑等離子體電極電光開關(guān)是該技術(shù)的關(guān)鍵部件之一，它的作用是隔離控制后向反射激光，防止系統(tǒng)大口徑光學(xué)元件的破壞，維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。電光開關(guān)晶體按垂直于它的光軸切割制造，隨著定軸誤差增大，光能量損耗迅速增加，因此應(yīng)盡量抑制電光晶體通光面法線與z軸偏離角度誤差。但要抑制該角度誤差首先要準(zhǔn)確測(cè)量，需要有專業(yè)的測(cè)量?jī)x器。常規(guī)x射線晶體定軸檢測(cè)設(shè)備基于布拉格衍射原理，選用標(biāo)準(zhǔn)鋼板作為通光面基準(zhǔn)，并需要將待測(cè)電光晶體緊緊吸附在標(biāo)準(zhǔn)鋼板上。晶體表面與標(biāo)準(zhǔn)鋼板接觸時(shí)容易產(chǎn)生劃痕。在高功率激光系統(tǒng)中，劃痕很容易引起能量集中，導(dǎo)致電光晶體損壞，因此x射線衍射法并不適用于對(duì)表面疵病要求很高的電光晶體z軸定軸檢測(cè)。

在發(fā)明專利電光晶體z軸偏離角測(cè)量裝置及測(cè)量方法(cn105066910a)中，提出了一種基于錐光干涉方法的電光晶體z軸偏離角測(cè)量裝置及測(cè)量方法，然而在權(quán)利要求5里的具體測(cè)量過(guò)程中，該方法通過(guò)調(diào)整待測(cè)電光晶體使待測(cè)電光晶體(111)表面反射光與反射鏡(107)反射光在光屏處干涉出現(xiàn)零級(jí)條紋判斷此時(shí)光垂直入射待測(cè)電光晶體(111)。然而，光屏處干涉出現(xiàn)零級(jí)條紋只能說(shuō)明待測(cè)電光晶體(111)處的光線入射角度和反射鏡(107)處的光線入射角度是相同的，若反射鏡(107)處不是垂直入射，則待測(cè)電光晶體(111)處也不是垂直入射的。該套裝置中無(wú)法對(duì)反射鏡(107)進(jìn)行精確角度定位，因此測(cè)量結(jié)果會(huì)包含反射鏡角度定位誤差，影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)電光晶體無(wú)損檢測(cè)，克服了現(xiàn)有方法中易產(chǎn)生劃痕以及測(cè)量誤差大等問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置，其特點(diǎn)在于包含：激光器、第一透鏡、空間濾波器、第二透鏡、起偏器、第三透鏡、分光鏡、數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀、第四透鏡、檢偏器、成像透鏡、探測(cè)器和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；

沿所述的激光器出射的激光方向依次是所述的第一透鏡、空間濾波器、第二透鏡、起偏器、第三透鏡和分光鏡；輸入的激光經(jīng)所述的分光鏡分為反射光和透射光，在所述的反射光方向設(shè)置所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀；沿所述的透射光方向依次是所述的第四透鏡、檢偏器、成像透鏡和探測(cè)器，所述的探測(cè)器的輸出端與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)的輸入端相連，所述的起偏器和檢偏器的偏振方向相互垂直，所述的第三透鏡和第四透鏡嚴(yán)格共軛。

采用上述電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置測(cè)量電光晶體的通光面法線與z軸偏離角的方法，該方法包括以下步驟：

a)先不放入待測(cè)電光晶體，打開激光器，調(diào)節(jié)所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀的焦距，使激光經(jīng)所述的分光鏡的反射光到達(dá)所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀的成像系統(tǒng)時(shí)光斑盡可能??；

b)調(diào)整所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀，使光斑位于數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀的中心位置；

c)關(guān)閉所述的激光器，將所述的待測(cè)電光晶體的通光面置于所述的第三透鏡和第四透鏡的公共焦平面，調(diào)節(jié)所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀的焦距使數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀發(fā)出光束為平行光，調(diào)整待測(cè)電光晶體的姿態(tài)，使待測(cè)電光晶體表面反射的光斑位于所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀的成像系統(tǒng)的中心位置；

d)關(guān)閉所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀的光源，打開所述的激光器，計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)通過(guò)所述的探測(cè)器采集錐光干涉圖，記錄光軸出露點(diǎn)的位置；

e)旋轉(zhuǎn)所述的待測(cè)電光晶體一定角度，重復(fù)上述步驟a、b、c、d再次記錄出光軸出露點(diǎn)的位置；

f)多次重復(fù)e步驟，完成多次測(cè)量，得到多組光軸出露點(diǎn)位置，利用最小二乘法擬合出光軸出露點(diǎn)的軌跡為圓形，該圓形的圓心位置坐標(biāo)即為待測(cè)電光晶體表面法線對(duì)應(yīng)位置的坐標(biāo)x0，y0；

g)計(jì)算待測(cè)電光晶體的z軸偏離角的方法為：假設(shè)光軸出露點(diǎn)的坐標(biāo)為x1，y1，待測(cè)電光晶體的表面法線對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)為x0，y0，第三透鏡(6)焦距為f，第三透鏡6處的光束口徑為d，所述的探測(cè)器上光斑直徑對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)為n；

系統(tǒng)產(chǎn)生的錐光的錐角θ為：θ＝2arctan(d/2f)，

每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的角度大小，即角度分辨率δθ為：

δθ＝θ/n＝2arctan(d/2f)/n≈d/nf，

待測(cè)電光晶體的通光面法線與z軸偏離角α為：

本發(fā)明的技術(shù)效果

本發(fā)明利用錐光干涉原理，實(shí)現(xiàn)了待測(cè)電光晶體非接觸式無(wú)損檢測(cè)，保障了測(cè)量過(guò)程中不引入待測(cè)電光晶體表面劃痕，并且適用于大口徑電光晶體檢測(cè)，另外本發(fā)明采用數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀標(biāo)定檢測(cè)光束光軸方向，保障了檢測(cè)光束垂直入射待測(cè)電光晶體，具有測(cè)量精度高，測(cè)量重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，具有很大應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置，包含：激光器1、第一透鏡2、空間濾波器3、第二透鏡4、起偏器5、第三透鏡6、待測(cè)電光晶體7、分光鏡8、數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9、第四透鏡10、檢偏器11、成像透鏡12、探測(cè)器13和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)14；

沿所述的激光器1出射的激光方向依次是所述的第一透鏡2、空間濾波器3、第二透鏡4、起偏器5、第三透鏡6和分光鏡8；輸入的激光經(jīng)所述的分光鏡8分為反射光和透射光，在所述的反射光方向設(shè)置所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9；沿所述的透射光方向依次是所述的第四透鏡10、檢偏器11、成像透鏡12和探測(cè)器13，所述的探測(cè)器13的輸出端與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)14的輸入端相連，所述的起偏器5和檢偏器11的偏振方向相互垂直，所述的第三透鏡6和第四透鏡10嚴(yán)格共軛。

采用上述電光晶體通光面法線與z軸偏離角的測(cè)量裝置測(cè)量電光晶體的通光面法線與z軸偏離角的方法，該方法包括以下步驟：

a)先不放入待測(cè)電光晶體7，打開激光器1，調(diào)節(jié)所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9的焦距，使激光經(jīng)所述的分光鏡8的反射光到達(dá)所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9的成像系統(tǒng)時(shí)光斑盡可能??；

b)調(diào)整所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9，使光斑位于數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9的中心位置；

c)關(guān)閉所述的激光器1，將所述的待測(cè)電光晶體7的通光面置于所述的第三透鏡6和第四透鏡10的公共焦平面，調(diào)節(jié)所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9的焦距使數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9發(fā)出光束為平行光，調(diào)整待測(cè)電光晶體7的姿態(tài)，使待測(cè)電光晶體7表面反射的光斑位于所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9的成像系統(tǒng)的中心位置；

d)關(guān)閉所述的數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀9的光源，打開所述的激光器1，計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)14通過(guò)所述的探測(cè)器13采集錐光干涉圖，記錄光軸出露點(diǎn)的位置；

e)旋轉(zhuǎn)所述的待測(cè)電光晶體7一定角度，重復(fù)上述步驟a、b、c、d再次記錄出光軸出露點(diǎn)的位置；

f)多次重復(fù)e步驟，完成多次測(cè)量，得到多組光軸出露點(diǎn)位置，利用最小二乘法擬合出光軸出露點(diǎn)的軌跡為圓形，該圓形的圓心位置坐標(biāo)即為待測(cè)電光晶體7表面法線對(duì)應(yīng)位置的坐標(biāo)x0，y0；

g)計(jì)算待測(cè)電光晶體7的z軸偏離角的方法為：假設(shè)光軸出露點(diǎn)的坐標(biāo)為x1，y1，待測(cè)電光晶體7的表面法線對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)為x0，y0，第三透鏡6焦距為f，第三透鏡6處的光束口徑為d，所述的探測(cè)器13上光斑直徑對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)為n；

系統(tǒng)產(chǎn)生的錐光的錐角θ為：θ＝2arctan(d/2f)，

每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的角度大小，即角度分辨率δθ為：

δθ＝θ/n＝2arctan(d/2f)/n≈d/nf，

待測(cè)電光晶體7的通光面法線與z軸偏離角α為：

激光器1發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡2、空間濾波器3、第二透鏡4擴(kuò)束準(zhǔn)直后變成平行光，經(jīng)起偏器5形成線偏振光，再經(jīng)第三透鏡6會(huì)聚至待測(cè)電光晶體7，在晶體中發(fā)生雙折射。檢測(cè)光從待測(cè)電光晶體7中射出后再經(jīng)由第四透鏡10準(zhǔn)直成平行光，經(jīng)過(guò)檢偏器11后由成像透鏡12會(huì)聚至探測(cè)器13的探測(cè)面。

實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明利用錐光干涉原理，實(shí)現(xiàn)了待測(cè)電光晶體非接觸式無(wú)損檢測(cè)，保障了測(cè)量過(guò)程中不引入待測(cè)電光晶體表面劃痕，并且適用于大口徑電光晶體檢測(cè)，另外本發(fā)明采用數(shù)字光電內(nèi)調(diào)焦自準(zhǔn)直儀標(biāo)定檢測(cè)光束光軸方向，保障了檢測(cè)光束垂直入射待測(cè)電光晶體，具有測(cè)量精度高，測(cè)量重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，具有很大應(yīng)用前景。